燃煤电厂输灰管道主要用于输送煤粉燃烧后产生的粉煤灰,输送过程中粉煤灰在输灰管道内壁产生垢层,即是燃煤电厂输灰管道结垢问题。输灰管道内壁的结垢存在着灰垢的硬度较大、外观形状复杂、再次结垢速度快等问题,使得燃煤电厂输灰管道除垢具有很大的技术难度。针对燃煤电厂输灰管道除垢问题,国内外已做相关研究,形成了各种管道清理方法,但是均存在不足。本文针对此问题展开研究,采用高压水射流技术清除输灰管道内壁垢层,目的是设计一种能够完成输灰管道内壁垢层清除的管道除垢机器人。首先,文章简要介绍流体力学基础知识以及高压水射流相关理论,根据燃煤电厂输灰管道内壁结构的成因、材质特性,分析得出管道内壁垢层的破坏过程。其次,文章依据输灰管道垢层破碎机理给出清理方案：机器人携带高压旋转喷枪,牵引高压水管进入管道内部,行走的同时喷枪旋转高压水射流打击管道内壁垢层使其产生裂纹并脱落,完成管道内壁垢层剥离。机器人前部安装有摄像头,可以采集管道内壁图像信息,检测管道内壁结垢情况,为操作人员提供参考。然后,文章完成机器人主要部件设计。管道除垢机器人主要由壳体、行走轮、不完全齿轮系统、高压旋转喷枪、摄像头以及电源组成。机器人由直流电机带动行走轮驱动其前进,行走轮支架与机器人壳体连接处设计有径向调节装置,以满足结垢厚度不同时管径变化、转弯变径等情况下的工作需要；壳体内布置有电机、减速器、不完全(半圆)齿轮传动系统,该齿轮系统可将电动机连续回转运动转化为180°回转运动,驱动喷枪实现往复旋转；高压喷枪位于机器人前端,由主轴驱动,喷枪两端各有一只喷头,喷头通过滑动套与喷枪连接,能够进行径向调节；摄像头位于机器人前方正上部,可水平旋转。底座可拆卸,并且设置有防水罩。文章中主要完成机器人壳体、行走轮组系统、不完全齿轮系统、高压旋转喷枪部分等主要部件的设计,给出设计依据以及设计结果。接下来,根据高压水射流相关理论以及计算得出喷嘴直径计算其打击力大小,分析所选用喷嘴产生的射流对垢层的打击效果。文章在Ansys软件Autodyn模块的喷嘴射流打击模拟分析。主要过程为：设置射流打击运行仿真环境,建立垢层及射流数学模型,选择过程的数学方程,设置边界条件,定义材料接触,运行软件,最后得出结果。分析结果为射流能够将一定厚度的管道内壁垢层打击产生裂纹。最后,根据对管道内壁垢层的分析,垢层的主要成分为CaCO3,属脆性材料,一旦产生裂纹后在高压水射流水楔作用下将会被迅速从管道内壁剥离。结合仿真分析的结果,文章认为所选的高压水射流参数下,机器人所携带的喷枪能够完成管道内壁垢层的清除工作。